鋼絲的防腐與鍍層情境三鋼絲鍍前的表面處理

情境三鋼絲鍍前的表面處理主要內(nèi)容鋼絲表面脫脂工藝酸洗工藝一、鋼絲表面脫脂工藝鋼絲鍍前表面往往沾有油污，它來(lái)源于拉絲潤(rùn)滑劑等物質(zhì)。油污的主要成分有硬脂酸及其鹽、動(dòng)物油（如牛油）、礦物油等。這些物質(zhì)不僅在酸洗時(shí)阻礙了酸液與鐵銹的充分浸潤(rùn)，而且也會(huì)影響鍍層質(zhì)量，出現(xiàn)局部或大部鍍不上的質(zhì)量缺陷。因此在鍍前必須進(jìn)行表面脫脂工藝。1、堿性脫脂——化學(xué)堿洗工藝鋼絲表面的油污有皂化性油脂，如動(dòng)、植物油，成分為飽和脂肪酸甘油脂和不飽和脂肪酸甘油脂，它們都可以和堿液發(fā)生皂化反應(yīng)而被除去。另外還有非皂化性油，如礦物油、石臘等，可以利用活性劑的乳化作用，脫離開鋼絲表面，進(jìn)人堿洗液中。皂化作用：乳化作用是使用表面活性劑，減少油滴對(duì)鋼絲的親合力，同時(shí)還降低油、水的表面張力，表面活性劑分子吸附在油滴表面，不使油滴重新聚集，從而使鋼絲表面潔凈。（1）化學(xué)堿洗的用劑①氫氧化鈉（NaOH）②碳酸鈉（Na2CO3）③磷酸三鈉（Na3PO4·12H2O）④焦磷酸鈉（Na2P2O7·10H2O）⑤水玻璃（Na2SiO3·9H2O）⑥表面活性劑溫度提高堿性溫度可提高皂化反應(yīng)速度及其產(chǎn)物的溶解度。同時(shí)堿洗溫度必須高于油類的滴點(diǎn)（滴點(diǎn)是油開始熔化的溫度，如凡士林為54℃）。一般堿洗溫度在85℃以上。在較高溫度下，降低油脂的粘度，加快溶液對(duì)流，使油——水溶液表面張力降低，從而促進(jìn)乳化作用。通常溫度控制在85℃～90℃。（2）堿洗工藝舉例一般在鋼絲表面油污較少的情況下，多采用含NaOH100g/L左右的溶液，溫度為85℃。

此外還有配方：①碳酸鈉50～80g/L，苛性鈉100～120g/L，磷酸三鈉8～10g/L，水玻璃3～5g/L。②苛性鈉30～50g/L，水玻璃10～15g/L，碳酸鈉20～30g/L，磷酸三鈉50～70g/L，OP乳化劑50～70g/L。溫度80～100℃。2、低溫?zé)椭に嚨蜏責(zé)椭刹捎?50～400℃的熔鉛燒除油脂，使鋼絲在鉛液中通過數(shù)秒后，便把油脂加熱分解而除去。也可在脫脂爐內(nèi)燒除油脂，由于鋼絲受熱會(huì)影響其機(jī)械性能，故應(yīng)特別注意燒烤溫度。一般鋼絲溫度加熱到200～300℃，爐內(nèi)溫度不得超過400℃，時(shí)間約為一分鐘。對(duì)于有熱處理工序的作業(yè)線，如用鉛淬火熱處理，可以不用化學(xué)或電化學(xué)堿洗，其本身便有燒除油脂的作用。堿洗以及燒烤除油后的鋼絲必須經(jīng)過熱水清洗，以便洗凈油污分解的殘余物質(zhì)，保正酸洗和鍍層的質(zhì)量。3、電解堿洗在堿性溶液中，把鋼絲做為電解槽的陰極成陽(yáng)極，槽內(nèi)進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)實(shí)際上是水的電解。當(dāng)鋼絲作為陽(yáng)極時(shí)，溶液中主要是OH－陰離子在鋼絲上放電，即4OH-=2H2O+O2+4e。于是析出大量氧氣氣泡。當(dāng)鋼絲為陰極時(shí)，溶液中主要是H+陽(yáng)離子在鋼絲上放電，即2H++2e=H2。于是析出大量氫氣氣泡。H+是由水的電離產(chǎn)生的。無(wú)論是哪種情況，產(chǎn)生的小氣泡都能在鋼絲表面上通過油膜析出來(lái)，從而使油膜被氣泡鼓動(dòng)起來(lái)，脫離鋼絲表面進(jìn)入溶液，同時(shí)對(duì)油膜產(chǎn)生強(qiáng)烈的撕裂作用，使之成為小油滴。產(chǎn)生的大量氣泡對(duì)溶液起機(jī)械攪拌作用，因而加速了溶液對(duì)油滴的皂化和乳化過程。（1）電解堿洗溶液的主要成分及作用氫氧化鈉（NaOH）是主要的電解液成分，起皂化作用并具有一定的乳化能力，同時(shí)它在溶液中具有良好的導(dǎo)電能力。在電解堿洗過程中，往往不必加入強(qiáng)的乳化劑，可以加發(fā)泡能力弱的乳化物質(zhì)，如Na3PO4。因?yàn)槭褂脧?qiáng)烈發(fā)泡的乳化劑，在液面上混有H2和O2后，遇到火花易出事故。（2）各種電解堿洗方法的介紹①陽(yáng)極涂油②陰極涂油③新的電解堿洗方法（3）一般的電解堿洗工藝制度電解堿洗液成分NaOH10～15g/L，在流水作業(yè)線上，因時(shí)間較短，往往NaOH含量在50g/L以上。Na2CO320～30g/L，Na3PO4·12H2O50～70克、升。硅酸鈉Na2SO35～10g/L。工藝條件：溫度70～90℃，電流密度2×103A/m2（20A/dm2）左右。（4）電解堿洗工藝條件的分析電流密度：一般取用范圍2×103A/m2～1×104A/m2（20～100A/dm2），電流密度適當(dāng)提高，有利于陰極析氫或陽(yáng)極析氧加劇進(jìn)行，于是乳化除油速度可以提高，縮短工作時(shí)間；對(duì)于鋼絲作為陰極的工藝，滲氫現(xiàn)象可以減輕；所用的NaOH及乳化劑含量可以減少。但電流密度過高，會(huì)產(chǎn)生大量堿霧，污染環(huán)境，鋼絲外接陽(yáng)極時(shí)，會(huì)腐蝕鋼絲表面；另外耗電量也會(huì)增大。溫度：提高溫度可增加溶液的導(dǎo)電性能。同時(shí)增大乳化作用，加快去油速度，一般控制在40～60℃。但溫度過高，使堿霧增加污染環(huán)境。攪拌：也可能促進(jìn)乳化作用，提高去油速度。（5）電極材料陽(yáng)極除油時(shí)，對(duì)應(yīng)陰極極板可用鋼板。陰極除油時(shí)，對(duì)應(yīng)陽(yáng)極極板可用鉛板或鍍鎳鋼板，它們?yōu)椴蝗苄躁?yáng)極材料，后者的鎳鍍層在堿液中被鈍化成為不溶性電極；也有采用炭棒作為陽(yáng)極材料。陽(yáng)、陰極交替，鋼絲無(wú)觸點(diǎn)（不接電源）的工藝中，按電源的陽(yáng)極材料為鍍鎳鋼板（也有用炭精板），陰極材料為鋼板。不銹鋼板做為電極將會(huì)產(chǎn)生電解液衰老現(xiàn)象，一般不采用它。（6）電解槽材料電解槽大多為鋼板槽，內(nèi)襯硬質(zhì)塑料。二、酸洗工藝鋼絲在空氣中形成的銹，其主要成分是：Fe(OH)3和Fe2O3，呈紅褐色，鋼絲在熱處理時(shí)，形成氧化鐵皮，其主要成分大致是：從鋼絲表面起向外共分三層即FeO，F(xiàn)e3O4，F(xiàn)e2O3。1、化學(xué)酸洗可采用硫酸或鹽酸酸洗，鍍鋅生產(chǎn)中大多采用鹽酸酸冼法。鹽酸酸洗的優(yōu)點(diǎn)是：比硫酸除銹速度快，所用時(shí)間短，故因此不易發(fā)生過酸洗；可以在室溫下進(jìn)行。提高酸洗酸濃度是提高速度的措施之—。鹽酸酸洗時(shí)產(chǎn)生氫氣較少，故氫脆現(xiàn)象較輕；鐵的各種氧化物在鹽酸中的溶解度大于在硫酸中的溶解度。發(fā)生的反應(yīng)如下：Fe2O3+6HCl→2FeCl3+3H2OFe3O4+8HCl→2FeCl3+4H2O+FeCl2FeO+2HCl→FeCl2+H2O（1）鹽酸酸洗的有關(guān)數(shù)據(jù)①鹽酸對(duì)氧化鐵皮溶解能力大，與H2SO4進(jìn)行比較，在18℃時(shí)，1克Fe3O4在1小時(shí)溶解的鐵含量。②鹽酸酸洗時(shí)，對(duì)高價(jià)鐵的氧化物溶解速度較慢，表3-2為鐵、+2價(jià)及+3價(jià)氧化鐵在鹽酸中的相對(duì)溶解度。由于發(fā)生Fe+2HCl=FeCl2+H2反應(yīng)產(chǎn)生的氫使Fe3+還原為Fe2+，同時(shí)產(chǎn)生的氫氣對(duì)氧化鐵皮有機(jī)械剝離作用，因此可以加快鹽酸酸洗速度。（2）酸洗工藝應(yīng)注意的事項(xiàng)①酸洗后應(yīng)進(jìn)行水洗，洗凈生成的Fe2+鹽及殘酸。防止Fe2+被空氣中氧氣氧化為難于洗掉的Fe3+。經(jīng)過酸洗、水洗后的鋼絲，其表面以鐵鹽形式帶入鋅鍋的鐵量為0.5～1.0克/米2。②當(dāng)舊酸中鹽超過規(guī)定值后，應(yīng)更換新酸。配液時(shí)新酸含量為50%。舊酸沉淀后再用量也為50%。取用一部分舊酸目的是保持適量的鐵鹽，因?yàn)辂}酸中含有小于16%的鐵鹽可以增加酸洗液的活性（這點(diǎn)與硫酸法不同），而且還節(jié)約用酸。2、電解酸洗電解酸洗通常使用硫酸溶液。特點(diǎn)主要有：去鐵銹能力強(qiáng)、速度較快。與化學(xué)酸洗相比，電解酸洗的溶液中含F(xiàn)eSO4量允許提高，對(duì)酸洗速度影響較小，在化學(xué)酸洗時(shí)，若FeSO4增加，酸洗速度要降低，同時(shí)為防止FeSO4結(jié)晶，尚應(yīng)提高溫度。電解酸洗的耗酸量較少。電解酸洗的電耗量大，遇厚的致密的氧化鐵皮時(shí)，效果較差。（1）陽(yáng)極酸洗原理及工藝①原理以鋼絲外接電源的正極做為陽(yáng)極，通過兩個(gè)主要途徑除去氧化鐵皮。一是做為陽(yáng)極的鋼絲鐵基體失電子溶解除去表面氧化鐵皮，二是在鋼絲上發(fā)生Fe+H2SO4→FeSO4+H2↑的化學(xué)反應(yīng)，這樣析出的氫氣對(duì)氧化鐵皮進(jìn)行機(jī)械剝離作用。②特點(diǎn)可通過適當(dāng)提高電流密度來(lái)加快酸洗速度，但電流密度不宜過高，過高的電流密度不但不能使酸洗速度明顯提高，反而使電耗增大。酸洗時(shí)間不可過長(zhǎng)，否則鋼絲會(huì)發(fā)生過腐蝕。因?yàn)樽鰹殛?yáng)極的鋼絲不發(fā)析氫的電極反應(yīng)，所以此方法可避免氫脆。③工藝舉例H2SO4100～150g/L，電流密度3×102A/m2～1×103A/m2。40～60℃，陰極為鐵或鉛板，陽(yáng)極為鋼絲。（2）陰極酸洗工藝①原理陰極酸洗以硫酸為電解液。鋼絲外接電源的負(fù)極做為陰極。陽(yáng)極為鉛板。通電后，在鋼絲表面發(fā)生2H++2e→H2的電極反應(yīng)，于是靠氫氣的機(jī)械剝離作用來(lái)去掉氧化鐵皮。②特點(diǎn)由于鋼絲接陰極，因此可避免鋼絲鐵基體發(fā)生過腐蝕。陰極強(qiáng)烈析氫，一方面剝離氧化鐵皮，另一方面氫可使高價(jià)鐵還原為低價(jià)鐵，易于被酸溶解去除。一般來(lái)說氧化亞鐵易溶解在酸液中。但是，強(qiáng)烈的析氫電極反應(yīng)易發(fā)生氫脆現(xiàn)象，特別是溶液中含砷、硫、磷元素時(shí)，氫脆更為嚴(yán)重。另外，由子鋼絲為陰極，會(huì)使金屬雜質(zhì)離子得電子析出沉積在鋼絲表面上。③工藝舉例硫酸100～150g/L，電流密度3×102A/m2～1×103A/m2，陽(yáng)極用鉛板，鋼絲為陰極。一般高碳鋼絲不適于用陰極酸洗。另外，鋼絲經(jīng)過酸洗，表面常有黑色殘?jiān)?，高碳鋼酸洗后殘?jiān)荈e3C，它不溶于H2SO4和鹽酸中。除去的方法是酸洗后加一個(gè)砂水池，進(jìn)行擦拭。（3）陰陽(yáng)極交替酸洗法①原理把酸洗槽分幾段，互相以塑料板隔開，毎一個(gè)隔板中間開槽以便通過鋼絲，毎段分別放置接在電源上的鉛板做電極，各段電解槽極區(qū)為+，-，+間隔放置，而鋼絲不接電源，根據(jù)雙向電極現(xiàn)象，鋼絲對(duì)應(yīng)極性分別為-，+，-，形成陰陽(yáng)極交替，發(fā)生電極反應(yīng)，鋼絲為陰極時(shí)析氫，機(jī)械剝離氧化鐵皮，鋼絲為陽(yáng)極時(shí)靠鋼絲表面的鐵基體失電子溶解及發(fā)生OH-放電析氧來(lái)溶解銹皮和剝離銹皮。其中OH-來(lái)源于水的電離。

②特點(diǎn)1）鋼絲不接電源，且陰陽(yáng)極交替。2）電流密度大可強(qiáng)化酸洗效果，且酸耗較低。3）可以電解酸洗不銹鋼絲。4）加乳化劑還可以除油。③工藝舉例電極為含錫10%的鉛板，與鋼絲面積比為（10～40）：1。對(duì)于鋼絲為冷拉狀態(tài)時(shí)采用的工藝制度為：H2SO4150～250g/L，平平加（乳化劑即102均染劑）0.1%。溫度<40℃，電流密度10～15A/dm2，時(shí)間10～30秒，電解槽極區(qū)為+，-，+，鋼絲對(duì)應(yīng)極為-，+，-。在鋼絲經(jīng)過熱處理時(shí)，工藝制度為硫酸含量250～350g/L，平平加0.1%，溫度<40℃，電流密度（2～5）×103A/m3（20～50A/dm2），時(shí)間20～80秒，電解槽極區(qū)為+，-，+，-，+，鋼絲對(duì)應(yīng)極為-，+，-，+，-。（4）除油除銹一步法一種適用于鋼絲表面油污及鐵銹不太嚴(yán)重新的工藝。①原理選用合適的酸，如硫酸和乳化劑配成混合液，銹在酸中溶解，油被乳化去除，乳化劑之乳化能力要強(qiáng)且在酸中穩(wěn)定。②工藝舉例本法為化學(xué)法，亦可以用電化學(xué)法加速工藝過程。（5）新的鋼絲表面處理工藝①一步法電解酸洗1）電解液組成濃H2SO4（1.84比重）0.2升/升，酸洗附加劑4毫升/升，（其成分是28%乳化劑，72%防泡劑）。比重相當(dāng)于波美度26度（20℃、1.22千克/分米2）。2）工作制度溫度20～35℃（不得超過35℃）；電流密度8×103～1×104A/m3（80～100安/分米2），兩極電壓為8伏；電解液用2.9×104Pa（0.3公斤力/厘米2）無(wú)油壓縮空氣攪拌，每升溶液空氣通入量為0.2升/分；鋼絲為無(wú)觸點(diǎn)方式，對(duì)應(yīng)極性為+，-，-，+交替；電極為鉛板（含錫10%）外接電源-，+，+，-交替，為鋼絲表面積的6～40倍；時(shí)間10～28秒。電解液控制溫度不得高于35℃，每日檢驗(yàn)游離酸含量和鐵含量（鐵不得高于80克/升）。由于存在乳化劑，對(duì)產(chǎn)生氣泡應(yīng)加酸洗附加劑，加入量為2毫克/升。②電解堿洗出去鋼絲表面殘?jiān)?）電解液成分總量400克/升，其中氫氧化鈉為75%，氯化鈉15%，水玻璃為9%，重鉻酸鉀1%。密度為20℃時(shí)1.32千克/分米3（相當(dāng)于波美度35度）。2）工藝制度溫度45～50℃，電流密度8×103～1×104A/m3（80～100安/分米2）。兩極電壓約為8伏，攪拌方式同一步法電解酸洗，電極為鋼絲無(wú)觸點(diǎn)，相應(yīng)極性為陰陽(yáng)極交替。接電源電極為鋼板，陰陽(yáng)極交替接電，極板面積為鋼絲表面積的10～20倍。電解時(shí)間3～